Resultados dos ensaios de tração

Os ensaios monotônicos de tração foram realizados seguindo-se a norma ASTM D638-96 (tipo 1) que estipula uma velocidade de ensaio de 5 mm/min. Como descrito no tópico 3.2.2.1, os corpos de prova foram instrumentados com 2 extensômetros tipo clipe para medir a elongação dos corpos de prova no sentido longitudinal e a estricção no sentido transversal.

Para a obtenção dos valores de tensão de engenharia (ߪ_௘௡௚) e deformação de engenharia (ߝ_௘௡௚), utilizaram-se as equações que consideram as configurações iniciais (comprimento inicial e área da seção transversal inicial):

࣌ࢋ࢔ࢍ = _࡭૙ࡲ (11)

ࢿ_ࢋ࢔ࢍ = ࢒ି࢒૙_࢒૙ = ࢤ࢒_࢒૙ (12)

onde:

F - valor da força aplicada;

݈଴ - comprimento inicial de referência (abertura inicial do extensômetro).

Para o cálculo da tensão verdadeira (ߪ_௩) e da deformação verdadeira (ߝ_௩) ao longo de todo ensaio foram utilizadas as seguintes equações:

࣌࢜ = ࣌ࢋ࢔ࢍ(૚ + ࢿࢋ࢔ࢍ) (13)

ࢿ࢜ = ׬_࢒૙࢒ ࢊ࢒_࢒ = ܔܖ_࢒૙࢒ = ܔܖ (૚ + ࢿࢋ࢔ࢍ) (14)

É importante observar da Equação (11) até a Equação (14) são aplicados os valores obtidos pelo extensômetro longitudinal e que a Equação (13) baseia-se na conservação do volume durante o processo de deformação plástica.

A comparação entre os diagramas tensão-deformação de engenharia e tensão-deformação verdadeira para o polímero puro pode ser observada na Figura 19. É possível visualizar que para o regime elástico as curvas convergem, porém para grandes deformações as curvas divergem. Fica evidente também que há uma significativa diferença para os valores do limite de resistência comparados entre as curvas de engenharia e verdadeira.

Figura 19 - Comparação dos diagramas tensão-deformação de engenharia e verdadeira sob tração

Como pode ser observado na

um comportamento de material dúctil, apresentando escoamento após a região elástica, atingindo um

viscoelastoplasticamente

tensão-deformação verdadeira

deformação ser atingido há a ocorrência d e sequencialmente há a

material.

O módulo de elasticidade foi obtid verdadeira através de um ajuste linear n

deformação e pelo coeficiente angular da reta gerada 20. Diversos materiais poliméricos são

viscoelásticos para deformações abaixo de 0,5% como a tensão de escoamento do material

Figura 20 - Ajuste linear para obtenção do módulo de elasticidade Fonte: Autoria Própria.

Com o uso do segundo extensômetro foi possível deslocamentos transversa

Como pode ser observado na Figura 19 a poliuretana sob tração apresenta um comportamento de material dúctil, apresentando escoamento após a região do um valor de resistência bem visível e depois se deforma plasticamente até sua ruptura. Ainda é possível observar

deformação verdadeira que logo após um pico de tensão

ser atingido há a ocorrência de softening, ou seja, uma perda de rigidez, há a presença de hardening, causado pelo encruamento do

O módulo de elasticidade foi obtido a partir do diagrama tensão através de um ajuste linear na região elástica até o limite de 0,

e pelo coeficiente angular da reta gerada, conforme mostrado na

Diversos materiais poliméricos são considerados como linearmente viscoelásticos para deformações abaixo de 0,5% e o ponto A pode ser considerado

a tensão de escoamento do material (MEYERS; CHAWLA, 2009).

Ajuste linear para obtenção do módulo de elasticidade Fonte: Autoria Própria.

do segundo extensômetro foi possível determinar transversais e assim aplicar a seguinte equação:

a poliuretana sob tração apresenta um comportamento de material dúctil, apresentando escoamento após a região visível e depois se deforma Ainda é possível observar pela curva pico de tensão próximo a 6% de e softening, ou seja, uma perda de rigidez, presença de hardening, causado pelo encruamento do

a partir do diagrama tensão-deformação até o limite de 0,5% de , conforme mostrado na Figura considerados como linearmente e o ponto A pode ser considerado RS; CHAWLA, 2009).

Ajuste linear para obtenção do módulo de elasticidade

࣌࢜ = ࡲ_࡭ (15)

onde:

ܣ - área da seção transversal instantânea do corpo de prova.

Para os cálculos da deformação transversal verdadeira (ߝ_௩௧௥௔௡௦) foram utilizados os valores obtidos a partir do extensômetro posicionado transversalmente. A área instantânea ܣ é dada por:

࡭ = ࢝࢏. ࢚࢏ (16)

onde a largura instantânea ݓ_௜ e a espessura instantânea ݐ_௜ são obtidas da seguinte maneira:

࢝࢏ = ࢝૙. ቀ૚ −ࢿ࢚࢜࢘ࢇ࢔࢙_૚૙૙ ቁ (17)

࢚࢏= ࢚૙. ቀ૚ −ࢿ࢚࢜࢘ࢇ࢔࢙_૚૙૙ ቁ (18)

sendo ݓ_଴ a largura inicial e ݐ_଴ a espessura inicial do corpo de prova. A deformação transversal verdadeira é dividida por 100, pois os valores de deformação são calculados em porcentagem (%).

Como não foi possível obter a variação da deformação no sentido da espessura do corpo de prova, adotou-se a hipótese de que o material é transversalmente isotrópico.

A Figura 21 mostra a tensão de engenharia calculada a partir da Equação (11), comparada com as tensões verdadeiras obtidas pelas Equações (13) e (15). É possível observar que as curvas das tensões verdadeiras convergem significativamente entre si. Por isso optou-se em utilizar os valores da Equação (15) para o cálculo das propriedades do material, uma vez que são baseados nos dados fornecidos pelos extensômetros longitudinal e transversal e não apenas em um.

Figura 21 - Comparação entre a tensão de engenharia e tensões verdadeiras Fonte: Autoria Própria.

O coeficiente de Poisson foi determinado pelos valores obtidos através dos extensômetros e calculado pela seguinte equação:

ࣇ = −ࢿ࢚࢘ࢇ࢔࢙_{ࢿ࢒࢕࢔ࢍ} (19)

Outra maneira de se determinar o coeficiente de Poisson é através do gráfico da deformação transversal verdadeira versus deformação longitudinal verdadeira, onde o coeficiente de Poisson é igual ao coeficiente angular da reta obtida por ajuste linear (Figura 22). Desta forma, os valores médios das propriedades para a poliuretana pura podem ser observados na Tabela 2.

Figura 22 - Curva deformação transversal verdadeira versus deformação longitudinal verdadeira para cálculo do

compósito com 10% de carbonato de cálcio; (c) compósito com 20% de carbonato de cálcio e (d) compósito com 30% de carbonato de cálcio

Fonte: Autoria Própria.

Tabela 2 - Valores médios das propriedades obtidas nos ensaios de tração para poliuretana pura

Propriedades

Tensão de escoamento [MPa]

Deformação na tensão de escoamento Módulo de elasticidade [GPa]

Coeficiente de Poisson

Fonte: Autoria Própria.

Para as análises

propriedades dos compósitos seguiu pura. A Figura 23 exibe

verdadeira para o polímero puro e com adição de carbonato de cálcio.

Curva deformação transversal verdadeira versus deformação longitudinal verdadeira para cálculo do coeficiente de Poisson em tração para: (a) poliuretana pura; (b) compósito com 10% de carbonato de cálcio; (c) compósito com 20% de carbonato de cálcio e (d) compósito com 30% de carbonato de cálcio

Valores médios das propriedades obtidas nos ensaios de tração para poliuretana Propriedades Resultados

[MPa]

escoamento [%]

37,6 6,25

ódulo de elasticidade [GPa] 1,28

0,43

ara as análises dos diagramas tensão-deformação verdadeira e das dos compósitos seguiu-se a mesma metodologia

xibe uma comparação dos diagramas tensão para o polímero puro e com adição de carbonato de cálcio.

Curva deformação transversal verdadeira versus deformação longitudinal coeficiente de Poisson em tração para: (a) poliuretana pura; (b) compósito com 10% de carbonato de cálcio; (c) compósito com 20% de carbonato de cálcio e

Valores médios das propriedades obtidas nos ensaios de tração para poliuretana Resultados

37,6 5 1,28 0,43

deformação verdadeira e das se a mesma metodologia para a poliuretana uma comparação dos diagramas tensão-deformação para o polímero puro e com adição de carbonato de cálcio.

Figura 23 - Diagrama tensão-deformação verdadeira sob tração para poliuretana pura e compósitos

Fonte: Autoria Própria.

O diagrama para a poliuretana com 30% de carbonato de cálcio mostra que houve a ruptura do material logo após atingir o limite de escoamento e ao entrar na região de amolecimento. Nota-se uma similaridade ao comportamento mecânico do concreto, ou seja, com a adição de 30% em massa de carbonato de cálcio o material torna-se mais frágil, não suportando grandes deformações sob tração. Para os compósitos com 10 e 20% de adição de carbonato de cálcio o fenômeno de softening é mais acentuado ao passo que o hardening é mais suave comparado com o polímero puro Os valores médios das propriedades encontradas para os compósitos são mostrados na Tabela 3.

Tabela 3 - Valores médios das propriedades obtidas nos ensaios de tração para os compósitos.

Propriedades PU/10CaCO3 PU/20CaCO3 PU/30CaCO3

Tensão de escoamento [MPa] 37,39 38,59 41,94

Deformação no escoamento [%] 4,89 4,19 3,68

Módulo de elasticidade [GPa] 1,49 1,74 2,29

Coeficiente de Poisson 0,39 0,35 0,29

Analisando a Tabela de carbonato de cálcio

escoamento à tração e posteriormente um aumento para os 30% de adição do mineral

24 ilustra graficamente estas

Figura 24 - Variação do limite de resistência à tração deformação em relação a porcentagem de carbonato de cálcio Fonte: Autoria Própria.

Os valores do

porcentagem de adição de carbonato de cálcio, evidenciando assim o aumento da rigidez do material e uma menor deformação no regime elástico

coeficiente de Poisson sofrem uma diminuição com minerais como pode ser observada

Tabela 2 e a Tabela 3 é possível observar de carbonato de cálcio inicialmente notou-se valores próximos

e posteriormente um aumento para os compósitos 30% de adição do mineral e uma diminuição da deformação neste

estas variações.

Variação do limite de resistência à tração e em relação a porcentagem de carbonato de cálcio onte: Autoria Própria.

valores do módulo de elasticidade acompanharam o aumento da porcentagem de adição de carbonato de cálcio, evidenciando assim o aumento da

e uma menor deformação no regime elástico

sofrem uma diminuição com o aumento da adição das cargas pode ser observada pela Figura 25.

que com o aumento s próximos de tensão de compósitos com 20 e e uma diminuição da deformação nestes valores, a Figura

e sua respectiva em relação a porcentagem de carbonato de cálcio

acompanharam o aumento da porcentagem de adição de carbonato de cálcio, evidenciando assim o aumento da e uma menor deformação no regime elástico. Já os valores do o aumento da adição das cargas

Figura 25 - Variação do módulo de elasticidade à tração e do coeficiente de Poisson em relação a porcentagem de carbonato de cálcio

Fonte: Autoria Própria.